农业信息技术在小麦种植田间管理中的应用

农业信息技术在小麦种植田间管理中的具体应用

3.1   地理信息系统（GIS）在田块规划与划分中的应用

小麦作为中国主要的粮食作物之一，在种植过程中面临着许多问题，例如土壤条件不均匀、光照和水分利用不充分等。这些问题导致了小麦种植的效益和产量无法得到最大化的提升。传统的小麦种植方式往往是以整片农田为单位进行管理，无法对不同地块的土壤特性、水分状况和养分含量等因素进行精细化管理。这就导致了农民很难根据实际情况针对性地采取施肥、灌溉和病虫害防治等管理措施，造成了资源的浪费和损失。而基于地理信息系统（GIS）的田块规划与划分应用则可以解决这些问题。首先，GIS可以获取和整合多源数据，包括卫星遥感影像、无人机数据、GPS测量数据等，形成全面的农田地理空间数据库，张平良等[3]研究发现沟播与常规平作相比水分利用效率提高了9.5％，赵杰等[4]的研宄认为与常规播种相比，宽窄行探墒沟播使产量显著提高了6.9％-12.4％。杨新田等[5]的研宄表明探墒沟播相对于常规播种穗数增加3.65％，穗粒数增加6.07％，小麦各项农艺性状指标及产量均有提高。通过对这些数据进行处理和分析，农民可以获得包括土壤质量、坡度、水源分布等在内的详细信息。这些数据为田块规划提供了科学依据。其次，利用GIS技术，农民可以对不同地块进行分类和划分，形成具有差异化管理要求的田块划分图。通过对土壤质量、水源分布等因素进行综合分析，GIS可以为每个田块确定适宜的种植作物、施肥方案、灌溉方法等管理措施。这样，农民可以根据不同地块的特点，采取有针对性的管理措施，提高资源的利用效率和小麦产量。此外，GIS还能够结合其他农业信息技术，如无人机遥感技术和智能化农机设备，实现对田块的实时监测和精准管理。通过与无人机遥感技术结合，GIS可以获取高分辨率的农田影像，帮助农民对小麦生长状况、病虫害发生情况等进行全面、及时的监测和判断。同时，结合智能化农机设备，GIS可以实现对农田的精准作业，根据田块划分图，调整农机的轨迹和作业深度，实现农田的精细化管理。

3.2   无人机遥感技术在作物监测与图像识别中的应用

传统的小麦种植技术主要依赖人工观察和经验判断，由于人为因素和主观性的存在，其监测结果往往不够准确和全面。这会导致农民无法及时准确地了解作物生长情况，从而不能及时采取相应的措施，另外，传统方法需要农民手动采集大量的作物图像，并通过肉眼观察进行分析和判断。然而，这种方法存在识别速度慢、识别准确性低等问题，无法实现实时性和大规模化，由于人力资源有限，农民无法对大面积小麦田进行持续监测和图像识别。这导致了监测频率低，识别精度下降，无法及时发现和处理作物生长过程中的问题。无人机遥感技术在作物监测与图像识别中的应用可以解决传统种植无法解决的问题。首先，无人机搭载高分辨率摄像设备，可以对小麦田地进行全方位、高清晰度的图像采集。通过无人机的飞行轨迹规划，可以实现对小麦田地的全覆盖式监测，获取大量的图像数据。其次，利用无人机采集的图像数据，可以进行作物生长状态的监测与分析。无人机遥感技术结合图像处理与识别算法，可以对小麦的生长情况进行定量化、细致化的评估。通过对图像的特征提取和分析，无人机可以帮助农民实时了解小麦的生长状况，包括叶片状况、病虫害情况、生长速度等。这些信息对于科学制定施肥、病虫害防治和灌溉等决策具有重要意义。此外，无人机遥感技术还能够结合人工智能和机器学习算法，实现对小麦图像的自动识别和分类。通过训练模型，可以实现对不同特征的小麦病虫害或其他异常情况的自动检测和识别，为农民提供及时的预警和防控措施。这种基于无人机图像识别的方法，可以大大缩减传统人工巡视的工作量，并提高识别的准确性和效率。

3.3   物联网技术在农田自动化管理中的应用

传统小麦种植技术在农田管理方面存在以下问题：（1）缺乏科学化的土壤管理：传统小麦种植技术往往忽视了土壤的科学管理。农民通常采用传统的施肥和灌溉方法，缺乏对土壤养分、水分和酸碱度等指标进行准确监测和调节，导致土壤质量下降，影响小麦生长和产量。（2）病虫害防治不及时：传统小麦种植技术对于病虫害的监测和防治常常依赖于人工观察和经验判断。这种方法容易导致病虫害的延误和误诊，增加了防治成本和损失。此外，缺乏科学的病虫害监测和预警系统，使得农民无法及时采取有效的措施应对病虫害的发生和蔓延。根据民政部、国家减灾委办公室会同工业和信息化部、国土资源部、农业农村部、气象局等部门的全国自然灾情会商分析数据显示，2012年上半年全国农作物受灾面积11732.8千公顷，其中绝收988.5千公顷。（3）水资源利用不合理：传统小麦种植技术中的灌溉方法往往存在浪费和不合理利用水资源的问题。农民常常使用传统的灌溉方式，如洪水灌溉或不适当的喷灌，造成水分的过量或不足，影响小麦的正常生长和发育。针对这些问题，可以采用物联网技术进行农田自动化管理，第一、物联网技术可以实现农田的智能监测与控制，通过在农田中部署各种传感器设备，如温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器等，实时获取农田的环境参数。这些传感器采集到的数据可以被传输到云端进行存储和分析。农民可以通过手机或电脑等终端设备远程监测农田的环境指标，如温度、湿度、土壤湿度等，并根据这些数据进行精确的农业生产决策，例如适时灌溉、合理施肥等。第二，物联网技术还能够实现农田自动化的灌溉管理。通过将灌溉设备与物联网系统连接，实现对农田灌溉的智能化控制。根据农田内土壤湿度、温度等传感器采集到的数据，物联网系统可以自动调节灌溉设备的开启和关闭，实现精确的水分供给。这样不仅可以减少人工管理的工作量，还可以提高灌溉效率，避免过度或不足灌溉对小麦生长的不利影响。第三，物联网技术也可以应用于小麦病虫害的监测与预警。通过在农田中设置图像传感器或摄像头，将图像采集设备与物联网系统连接，实现农田的实时图像监测。物联网系统可以自动分析农田图像中的异常情况，如病虫害的发生，快速发出预警信号。农民可以及时得知农田内的异常情况，并采取相应的防治措施，避免因病虫害的蔓延严重影响小麦产量。

3.4   大数据分析与决策支持系统在种植管理中的应用

传统小麦种植技术中，农民往往固守传统的播种时间和密度。然而，随着气候变化和生态环境的变迁，传统的播种时间和密度可能不再适用。过早或过晚的播种时间会导致小麦受寒害或热害，影响生长和发育；而过高或过低的播种密度则会影响小麦的养分和空间竞争，进而影响产量。传统小麦种植还常常依赖于经验和感觉来进行施肥，缺乏科学的养分调控，导致施肥不均衡，养分浪费和土壤质量下降。同时，缺乏对土壤养分含量和需求的准确监测和调节，使得小麦无法获得适当的营养，影响产量和品质，而大数据分析与决策支持系统的应用则可以解决这些问题[6]。首先，通过采集并整理大量的小麦种植数据，包括土壤养分、气象数据、种植记录等，建立起一个庞大的数据库。这些数据可以通过专业的数据分析工具进行挖掘和分析。其次，利用大数据分析技术，可以对小麦种植过程中的关键指标和关联关系进行深入研究。通过对数据的统计和分析，可以发现潜在的规律和模式，比如某种肥料对小麦产量的影响、特定气象条件下小麦生长的情况等。这些分析结果能够为农民提供科学依据，帮助他们制定更合理的种植管理方案。此外，大数据分析与决策支持系统还能够结合农学模型和算法，进行农艺决策的预测和优化。通过对历史种植数据的分析和模型训练，系统可以自动预测不同种植措施对小麦产量和质量的影响，进而为农民提供最佳的决策建议。这些决策支持系统可以基于实时数据进行更新和调整，保证决策的准确性和时效性。

农业信息技术在小麦种植田间管理中的应用建议

4.1   加强农民培训和技术推广

中国东部地区农业信息化发展的三个分维度指数得分由高到低依次为信息装备、信息资源、信息化应用。就发展趋势而言，各分维度指数得分均有不同程度的提升，其中，信息装备指数始终处于最高水平，且一直保持增长；信息资源指数由2011年的0.166逐渐提高到2020年的0.331，增长了近一倍；信息化应用指数起点最低，但发展最为迅猛，十年间均值由0.026快速上升至0.320，年均增长率高达32.05%，说明农业信息化应用水平在提升，与此同时，更需要加强农民培训和技术推广，可以组织农民参加系统化的培训课程，包括理论知识和实践操作。培训内容应涵盖农业信息技术的原理、功能、操作方法以及数据分析和利用等方面。培训可以结合实地示范，让农民亲自操作设备和软件，掌握实际应用技巧，针对不同农民的需求和实际情况，提供个性化的指导和支持。可以派遣专业人员到农田进行现场指导，帮助农民解决具体问题，指导他们在日常种植过程中如何利用农业信息技术进行决策和管理。另外，可以在小麦种植区域建立示范基地，展示先进的农业信息技术应用。农民可以通过参观示范基地，了解最新的技术设备和应用案例，激发他们对农业信息技术的兴趣，并且可以实地体验操作，加深对技术的理解[7]。

4.2   推广简化应用

降低小麦种植田间管理中的技术成本是提高农业效益和推动农业信息化发展的重要环节，政府可以加大对农业科技部门、农业企业等的资金支持力度，推动农业信息技术设备的研发和生产。政府还可以通过投入资金设立专项补贴基金，为小麦种植者购买农业信息化设备提供一定的财政补贴。另外，政府可以与金融机构合作，制定针对小麦种植者的优惠贷款政策，降低他们购买农业信息化设备的资金负担。同时，可以根据具体情况给予适当的设备购置补贴，减轻小麦种植者的经济压力。

结语

农业现代化转型发展是中国农业产业发展的必经道路，传统的小麦种植形式不仅有着较高的劳动强度，还容易受到各种因素影响，无法保证小麦最终的质量和产量。若是在小麦田间管理工作中有效地运用农业信息技术，可以大幅度降低人员的劳动强度，减少人力的成本投入。同时，借助农业信息技术可以使小麦种植工作实现智能化和自动化，并且及时满足小麦生长所需。如在小麦生长的过程中，通常需要拥有足够的光照条件，以此促进叶绿素更好地转化，使小麦的健康得到保证。在此过程中运用农业信息技术，可以根据小麦各生长阶段对光照的要求实施不断的调控。不仅能够实现智能化浇灌，还能够减少传统灌溉形式造成的水资源浪费；借助信息监测技术，能够精准地获取到土壤中的各项数据信息，从而实现肥料的精准施加。既避免了土壤过度营养化，又减少了环境污染。由此可见，农业信息技术在小麦种植田间管理工作中的有效运用，为农业实现现代化转型发展注入了能量。